Úvod do radarové meteorologie 1

29.01.2013

Meteorologické radiolokátory (zkráceně radary) patří v současné době již ke standardnímu vybavení většiny pokročilých meteorologických služeb a představují obecně systém využívající principů šíření radiových vln k lokalizaci objektů. Tyto přístroje jsou známy pod obecně rozšířeným označením radar, které vzniklo jako akronym z anglického „RAdio Detection And Ranging“. Přes jejich značné využití v meteorologii můžeme říci, že největší „užitek“ přinášejí v oblasti detekce a odhadu srážek, a to především konvektivního charakteru (tj. například během letních bouřkových situací), na velké ploše (100-300 km).

Radarová technologie byla původně využívána v oblasti vojenského letectví k detekci nepřátelských letadel. Meteorologické cíle se zobrazovaly na obrazovkách leteckých radarů jako nežádoucí šum a byla snaha ho odstranit. Velmi brzy byl však původ tohoto rušení rozpoznán a radary se začaly zaměřovat explicitně na meteorologické cíle. Za jakýsi zrod radaru můžeme považovat rok 1935, kdy ve Velké Británii Robert Watson-Watt sestrojil a úspěšně vyzkoušel pulsní radiolokátor pro detekci letadel. Na území Velké Británie pak proběhla i první detekce meteorologických cílů v roce 1941. Za 2. světové války byly principy radarové detekce utajovanou informací, nicméně po válce se tyto techniky postupně odtajňovaly a šířily do mnoha zemí včetně tehdejšího Československa. Značné úsilí na vývoji radarové technologie vynaložili Američané (David Atlas) a především pak Kanaďané (J. S. Marshall a W. Palmer), kteří se zasloužili o objevení vztahu mezi velikostí oblačných a srážkových částic a radarovou odrazivostí.

Základní princip radarových měření spočívá v zachycení části elektromagnetické energie (tzv. přijímačem radaru), která byla vyslána samotným radarem (tzv. vysílačem radaru) a odrazila se od meteorologického (či jiného) cíle. Typickým meteorologickým cílem jsou oblačné nebo srážkové částice; naopak typickým nemeteorologickým cílem mohou být stromy v blízkosti radaru, případně terénní odrazy. Na základě 3-D měření lze zjistit vertikální mohutnost oblačnosti a na základě času mezi vysláním a příjmem signálu také vzdálenost cíle od radaru. Jak již bylo zmíněno výše, míra radarové odrazivosti je závislá na rozdělení velikosti kapek v radarovém objemu a je zvláště citlivá na rozdělení velkých kapek. Vztah mezi radarovou odrazivostí a intenzitou srážek lze pak odvodit z tzv. Marshall-Palmerova vztahu. Použití vlnových délek se může v různých zemích lišit. Správně zvolená vlnová délka by měla zajišťovat, že budou detekovány pouze srážkově významné částice.

Operativní provoz meteorologických radarů je nejčastěji založen na opakovaném měření v posloupnosti několika elevačních úhlů, které jsou vybrány tak, aby zajistily co nejkvalitnější třírozměrné pokrytí sledované oblasti. Česká radarová síť provozovaná Českým hydrometeorologickým ústavem (ČHMÚ) se skládá ze dvou moderních Dopplerovských radarů a pracuje v pásmu C s vlnovou délkou 5 cm. Jejich dosah dobře pokrývá celou Českou republiku a nejbližší příhraniční okolí (viz obr. 1). Problém však nastává ve vzdálenějších oblastech od radaru, kdy se radarový paprsek postupně vzdaluje od zemského povrchu a prakticky „nevidí“ spodní hladiny atmosféry. Zároveň může docházet k zastínění v důsledku orografie – typickým příkladem u nás jsou Moravskoslezské Beskydy.

Obr. 1: Maximální dosahy meteorologických radarů ČHMÚ (kruhy) a dosahy pro určování intenzit srážek (do výšky 1500 m nad terénem)

Použité zdroje:
ŘEZÁČOVÁ, D., KAŠPAR, M., NOVÁK, P., SETVÁK, M., 2007: Fyzika oblaků a srážek. Academia, Praha, 574 s.
www.chmi.cz

Autor: Mgr. Vojtěch Bližňák (Ústav fyziky atmosféry AV ČR)